หลักการและกระบวนการทำงานของกังหันน้ำในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

เมื่อเราเติมพลังงานศักยภาพหรือพลังงานจลน์เข้าไปในกังหันน้ำ กังหันน้ำก็จะเริ่มหมุน หากเราต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับกังหันน้ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะเริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าได้ หากเราเพิ่มระดับน้ำเพื่อชะล้างกังหัน ความเร็วของกังหันก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ยิ่งระดับน้ำแตกต่างกันมากเท่าไร พลังงานจลน์ที่กังหันได้รับก็จะยิ่งมากขึ้น และพลังงานไฟฟ้าที่แปลงได้ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นี่คือหลักการพื้นฐานของพลังงานน้ำ

กระบวนการแปลงพลังงานคือ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำต้นน้ำถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของการไหลของน้ำ เมื่อน้ำไหลผ่านกังหัน พลังงานจลน์จะถูกถ่ายโอนไปยังกังหัน และกังหันจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นกระบวนการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

เนื่องจากสภาพธรรมชาติที่แตกต่างกันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ทำให้กำลังการผลิตและความเร็วของหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำมีความแตกต่างกันอย่างมาก โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำความเร็วสูงที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันแบบแรงกระตุ้นส่วนใหญ่จะใช้โครงสร้างแนวนอน ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่และขนาดกลางส่วนใหญ่จะใช้โครงสร้างแนวตั้ง เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่อยู่ห่างไกลจากเมือง จึงมักต้องจ่ายพลังงานให้กับโหลดผ่านสายส่งที่ยาว ดังนั้นระบบไฟฟ้าจึงกำหนดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความเสถียรในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ: พารามิเตอร์ของมอเตอร์จำเป็นต้องได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวัง ข้อกำหนดสำหรับโมเมนต์ความเฉื่อยของโรเตอร์มีขนาดใหญ่ ดังนั้นรูปลักษณ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำจึงแตกต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำ เส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์มีขนาดใหญ่และความยาวสั้น เวลาที่ใช้ในการเริ่มต้นและการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำค่อนข้างสั้น และการจ่ายพลังงานมีความยืดหยุ่น นอกเหนือจากการผลิตพลังงานทั่วไปแล้ว ยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับหน่วยลดภาระสูงสุดและหน่วยสำรองฉุกเฉิน กำลังการผลิตสูงสุดของหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันน้ำได้ถึง 700,000 กิโลวัตต์แล้ว

สำหรับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายนั้นชัดเจนมาก และหลักการทำงานของมันอยู่บนพื้นฐานของกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและกฎของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น หลักการทั่วไปในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือการใช้ค่าการนำไฟฟ้าแม่เหล็กและวัสดุตัวนำที่เหมาะสมเพื่อสร้างวงจรแม่เหล็กและวงจรเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งกันและกัน เพื่อสร้างพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและบรรลุวัตถุประสงค์ของการแปลงพลังงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหานน้ำทำงานโดยใช้กังหานน้ำเป็นตัวขับเคลื่อน ใบพัดมีขนาดสั้นและหนา ทำให้ใช้เวลาในการสตาร์ทเครื่องและเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าสั้น และสามารถจัดการการทำงานได้อย่างยืดหยุ่น นอกจากใช้ในการผลิตไฟฟ้าทั่วไปแล้ว ยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการลดภาระสูงสุดของระบบไฟฟ้าและเป็นหน่วยสำรองฉุกเฉิน กำลังการผลิตสูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหานน้ำมีมากถึง 800,000 กิโลวัตต์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน สตาร์ทง่ายและใช้งานสะดวก แต่ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าสูง ส่วนใหญ่ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองฉุกเฉิน หรือในพื้นที่ที่โครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่เข้าไม่ถึง และเป็นสถานีผลิตไฟฟ้าเคลื่อนที่ กำลังการผลิตมีตั้งแต่หลายกิโลวัตต์ถึงหลายกิโลวัตต์ แรงบิดที่ส่งผ่านเพลาของเครื่องยนต์ดีเซลจะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ดังนั้นจึงต้องป้องกันอุบัติเหตุจากการสั่นสะเทือนและการแตกหักของเพลา

ความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำจะเป็นตัวกำหนดความถี่ของกระแสสลับที่เกิดขึ้น เพื่อให้ความถี่นี้มีความเสถียร ความเร็วของใบพัดจะต้องคงที่ ในการรักษาระดับความเร็ว สามารถควบคุมความเร็วของเครื่องต้นกำลัง (กังหันน้ำ) ได้ในโหมดควบคุมแบบวงปิด สัญญาณความถี่ของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่จะส่งออกจะถูกสุ่มตัวอย่างและป้อนกลับไปยังระบบควบคุม ซึ่งจะควบคุมมุมการเปิดและปิดของใบพัดนำทางของกังหันน้ำเพื่อควบคุมกำลังไฟฟ้าขาออกของกังหันน้ำ ด้วยหลักการควบคุมแบบป้อนกลับนี้ ความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงสามารถคงที่ได้